5-assige CNC-machine versus 3-assige CNC-machine: belangrijkste verschillen in precisie en efficiëntie

Precisieverschil #1: aantal opstellingen

Een van de grootste bijdragers aan dimensionale variatie is herhaalde opstelling. Overweeg een aluminium ruimtevaartbeugel van 180 mm × 120 mm × 80 mm met vakken aan de bovenkant, gaten aan de zijkant, schuine montageoppervlakken en gleuven aan de achterkant. Op een machine met 3 assen kunnen operators vier afzonderlijke opstellingen uitvoeren.

De workflow vereist het vastklemmen van het bovenvlak, het bewerken van de bovenste onderdelen, het roteren van het werkstuk, het opnieuw-opspannen van de zijkant, het-opnieuw instellen van het werkcoördinatensysteem en het bewerken van zijgaten. Elke opstelling introduceert uitlijningsvariatie. Zelfs als de herhaalbaarheid van het armatuur binnen ±0,02 mm blijft, kan de cumulatieve fout bij meerdere bewerkingen toenemen.

Een 5-assige machine roteert het werkstuk automatisch. De operator klemt het onderdeel één keer vast en voert alle bewerkingen uit binnen hetzelfde coördinatensysteem. De machine behoudt geometrische relaties omdat het werkstuk gefixeerd blijft.

Precisieverschil nr. 2: gereedschapsafbuiging

Gereedschapsafbuiging treedt op wanneer de snijkrachten het gereedschap buigen tijdens het verwijderen van materiaal. De mate van doorbuiging neemt toe naarmate de uitsteeklengte van het gereedschap toeneemt. Voor een holte met een diepte van 120 mm kan bijvoorbeeld een lange vingerfrees nodig zijn op een machine met 3 assen. Lange gereedschappen buigen onder belasting, genereren trillingen en produceren taps toelopende wanden. Bij het bewerken van roestvrij staal 316 of Ti-6Al-4V titaniumlegering worden de snijkrachten aanzienlijk hoger dan die bij aluminium.

Een 5-assige machine roteert het werkstuk om de toegang tot het gereedschap te verbeteren. In plaats van het gereedschap 120 mm in een holte uit te steken, kantelt de machine het werkstuk, waardoor een kortere frees hetzelfde kenmerk kan bereiken. Het kortere gereedschap is bestand tegen buigen en behoudt de maatconsistentie. Dit structurele voordeel levert meetbare verbeteringen op in de rechtheid van de wand en de contournauwkeurigheid.

Precisieverschil #3: Consistentie van de oppervlakteafwerking

De oppervlakteafwerking is afhankelijk van de ingrijpingshoek van het gereedschap en de snijstabiliteit. Bij het bewerken van gebogen oppervlakken op een 3-assige machine kan de frees op voortdurend veranderende posities langs de gereedschapsradius in contact komen met het materiaal. Dit kan ongelijkmatige schulpsporen, oppervlaktegolvingen en extra polijstvereisten veroorzaken.

Een 5-assige machine past voortdurend de gereedschapsoriëntatie aan om een ​​gecontroleerde contacthoek te behouden tijdens het verwijderen van materiaal. Voor een matrijsholte met een oppervlak met vrije vorm vereist bewerking met 3 assen vaak een bolneusafwerking met kleine stappen-over waarden, terwijl bewerking met 5 assen ervoor zorgt dat het gereedschap kan kantelen en een optimale aangrijping behoudt. Dit vermindert oppervlakte-onregelmatigheden en vermindert nabewerkingen.

Precisieverschil #4: geometrische nauwkeurigheid bij complexe kenmerken

Veel industriële componenten bevatten elkaar kruisende kenmerken, zoals turbinebladen, waaiers, medische implantaten en inzetstukken voor mallen. Deze componenten bevatten meerdere oppervlakken die nauwkeurige positionele relaties moeten behouden. Op een machine met 3 assen kan het zijn dat voor elke functie afzonderlijke instellingen nodig zijn, waardoor het moeilijk wordt om geometrische relaties te behouden naarmate het aantal instellingen toeneemt.

Een 5-assige machine handhaaft tijdens de gehele bewerking één coördinatenreferentie en bestuurt alle functielocaties binnen één gesynchroniseerd bewegingssysteem. Dit vermindert de geaccumuleerde positioneringsvariatie. Voor componenten die samengestelde hoeken en gebogen geometrieën bevatten, kan de verbetering aanzienlijk zijn.

Efficiëntieverschil #1: Insteltijd

De productie-efficiëntie wordt niet alleen bepaald door de spilsnelheid; De insteltijd neemt vaak een groot deel van de totale productietijd in beslag. Overweeg een kleine-batchproductie van twintig matrijsinzetstukken, waarbij voor elk inzetstuk vier opspanningen, drie uitlijningen en meerdere tastcycli nodig zijn. Een machine met 3 assen kan meer tijd besteden aan het voorbereiden van het werkstuk dan aan het daadwerkelijk snijden van metaal. Een 5-assige machine vermindert de instelwerkzaamheden. Omdat de machine het werkstuk automatisch roteert, zijn operators minder tijd kwijt aan het installeren van opspanningen, het uitlijnen van werkstukken en het opzetten van coördinatensystemen. Deze reductie wordt steeds belangrijker voor de productie van prototypen en de productie van hoge-mix-low--volumes.

Efficiëntieverschil nr. 2: Armatuurvereisten

Armaturen voegen kosten en complexiteit toe. Een 3-assige machine vereist vaak op maat gemaakte opspanningen zoals grafsteenopspanningen, hoekplaten en op maat gemaakte klemsystemen om verschillende werkstukoppervlakken bloot te leggen. Elke armatuur moet het werkstuk ondersteunen, snijkrachten weerstaan ​​en de uitlijning behouden. Een 5-assige machine vermindert de complexiteit van de opspanning. In veel toepassingen ondersteunt één enkele opspanning alle bewerkingen. Dit vermindert de productiekosten van de armatuur, de opslagvereisten en de onderhoudswerklast. Inkoopingenieurs moeten de investeringen in armaturen beschouwen als onderdeel van de totale eigendomskosten van de machine.

Efficiëntieverschil #3: Cyclustijd

De cyclustijd bestaat uit insteltijd, gereedschapswissels, snijtijd en inspectietijd. Een machine met 3 assen kan de materiaalverwijdering snel voltooien, maar vereist nog steeds extra handelingen. Een onderdeel met zes schuine gaten kan bijvoorbeeld afzonderlijke bevestigingen, handmatige herpositionering en extra boorwerkzaamheden vereisen. Een 5-assige machine boort deze functies zonder de bewerkingscyclus te onderbreken. Naarmate de complexiteit van onderdelen toeneemt, wordt het verschil in cyclustijd merkbaarder, vooral in de lucht- en ruimtevaart- en medische componentenproductie.

Efficiëntieverschil #4: Gereedschapsgebruik

Het gereedschapsgebruik beïnvloedt zowel de productiviteit als de gereedschapskosten. Bij het bewerken van diepe holtes op een 3-assige machine zijn vaak lange frezen nodig, die lagere voedingen, een lagere snedediepte en extra nabewerkingsgangen vereisen. Een 5-assige machine verbetert de toegang tot het gereedschap. Kortere gereedschappen kunnen materiaal agressiever verwijderen, de snijstabiliteit behouden en trillingen verminderen. De machine gebruikt het beschikbare spilvermogen effectiever omdat er minder energie verloren gaat door het buigen van het gereedschap.

Aluminium componenten (6061, 7075)

Beide machinetypes kunnen aanvaardbare maattoleranties bereiken. Productiviteitsverschillen worden zichtbaar bij het bewerken van meerdere oppervlakken. Complexe lucht- en ruimtevaartbeugels profiteren doorgaans van 5-assige bewerking, terwijl eenvoudige platen en behuizingen vaak zuinig blijven op 3-assige apparatuur.

Roestvrijstalen componenten (304, 316)

Materialen genereren hogere snijkrachten, waardoor doorbuiging van het gereedschap een kritische factor is. Het vermogen van een 5-assige machine om de overhang van het gereedschap te verminderen, verbetert de maatstabiliteit aanzienlijk.

Titaniumcomponenten (Ti-6Al-4V)

Titaniumlegeringen concentreren de warmte nabij de snijkant, dus stabiele snijomstandigheden zijn van cruciaal belang. Het kortere gereedschap dat mogelijk wordt gemaakt door de 5-assige positionering helpt trillingen en snijbelasting onder controle te houden, waardoor gereedschapsslijtage wordt verminderd en de consistentie tijdens lange bewerkingscycli wordt verbeterd.

Kies een 3-assige machine als de onderdelen het volgende bevatten:

• Vlakke oppervlakken
• Verticale wanden
• Standaard gaten
• Beperkte zijbewerking

Voorbeelden:Basisplaten, montagebeugels en standaardbehuizingen.

Kies een 5-assige machine als de onderdelen het volgende bevatten:

• Samengestelde hoeken
• Vrije vormoppervlakken
• Diepe holtes
• Ondersnijdingen
• Vereisten voor machinale bewerking met meerdere- gezichten

Voorbeelden:Luchtvaartwaaiers, turbinebladen, medische implantaten, spuitgietkernen en robotgewrichtscomponenten.